铸件缺陷分析技术讲座：第九讲 夹杂类缺陷

夹杂类缺陷是铸件含有各种金属和非金属夹杂物的总称。非金属夹杂物是存在于铸件中的非金属相,金属夹杂物则是与基体金属颜色显然不同的异型金属块。夹杂物的存在,破坏了合金基体的连续性,造成合金组织不均匀、影响了合金的力学性能和铸造性能等,为提高铸件质量,近年来对减少夹杂物数量的各种途径进行了研究并取得了显著进展。     

钢中非金属夹杂物及其金相鉴别

钢在冶炼过程中受各种因素影响，可以形成多种类型的非金属夹杂物，这些夹杂物对钢材料及其产品质量造成不良的影响。用金相法可以鉴别夹杂物的特征、分布、塑性及抛光性。本文对鉴别的方法和程序进行阐述。     

45热轧圆钢顶锻开裂原因分析

对45热轧圆钢室温顶锻试验中出现的裂纹进行了研究,分析了表面缺陷、变形温度、变形量、显微组织、夹杂物等对顶锻开裂的影响.结果表明:引起室温顶锻开裂的直接原因是钢中存在大量脆性氧化铝和塑性硫化物非金属夹杂物,该夹杂物沿轧制方向不均匀分布,对拉伸性能影响不大,但对顶锻开裂有较大的影响,特别是当夹杂物处在变形鼓形区附近时;脆性夹杂物造成应力集中,塑性夹杂物形成空洞,使夹杂物和基体界面处容易形成裂纹源,进而在应力作用下不断扩展并最终开裂;原始片状珠光体组织及热轧后的热应力加剧了夹杂物开裂倾向.     

非金属夹杂物对高碳含铜TWIP钢拉伸性能的影响

通过对比两组夹杂物含量及尺寸分布不同的高碳含铜TWIP钢的拉伸性能及其断口形貌,分析了非金属夹杂物对该钢拉伸性能的影响。结果表明:在拉伸过程中,钢中的非金属夹杂物成为孔洞的形核点,并导致孔洞提前萌生,但该钢易发生孪生和高加工硬化率的特点,延缓了显微孔洞的形核和长大,再加之其无颈缩的塑性断裂形式,使得其拉伸性能对非金属夹杂物在一个较大范围内具有高度容忍性;当该钢中夹杂物的面积分数由0.171%增加到0.394 94%,等效圆直径大于5μm夹杂物的面密度由4个·mm-2增加到29个·mm-2时,其抗拉强度、断后伸长率等拉伸性能仅降低了1%~3%,仍表现出优异的拉伸性能。     

真空脱气轴承钢的试验研究

本文对采用真空处理冶炼轴承钢的RH法、VArD法和碱性电炉钢进行了试验研究。结果表明,破坏概率在10％的情况下,RH脱气轴承钢的疲劳寿命是大冶碱性电弧炉钢的1.4倍,VArD脱气轴承钢的疲劳寿命和大冶电炉钢相近,没有明显的提高。RH脱气轴承钢的疲劳寿命之所以得到提高是因为钢中非金属夹杂物分布瀰散,夹杂物由Al和Si氧化物类型组成,并具有硫化物包围氧化物的趋势:而VArD脱气轴承钢和电炉钢非金属夹杂物分布集中并多为Al和Ca的铝酸钙类型夹杂物组成,而铝酸钙盐所形成的点状夹杂物是降低钢材疲劳寿命的主要原因。钢中氧含量在14～30ppm,稳定夹杂物总量在0.011～0.016%之间对疲劳寿命没有显著的影响。非金属夹杂物至工作表面的远近直接影响材料的疲劳寿命,距工作表面越近其疲劳寿命越低。     

钢中非金属夹杂物来源分析

从外来夹杂物与内生夹杂物两个方面对非金属夹杂物来源进行分析,考察钢水中的全氧含量及钢包使用次数对夹杂物数量的影响。统计结果表明,现阶段精炼钢水中wT[O]稳定在25＆#215;10-6以内,而随着钢包使用次数的增加,钢中夹杂物数量也呈增加趋势。     

CeF3对自保护药芯焊丝熔敷金属中夹杂物和韧性的影响

详细研究了CeF3对自保护药芯焊丝熔敷金属中非金属夹杂物尺寸和分布的影响.结果表明,熔敷金属中的主要非金属夹杂物是AlN和Al2O3.药芯中加入CeF3能够细化夹杂物和降低大尺寸夹杂物的数量,加入适量的CeF3能够提高熔敷金属的低温冲击韧度.稀土改变夹杂物在熔敷金属中的尺寸和分布主要是与夹杂物在熔敷金属凝固时的上浮行为有关,稀土能促进大颗粒夹杂物的上浮.     

多夹杂物对重载铁路钢轨疲劳寿命的影响

非金属夹杂物容易引起钢轨疲劳损伤,为了探究非金属夹杂物特征参数对重载钢轨疲劳性能的影响规律,文中采用ABAQUS有限元软件建立重载钢轨分析模型,对外载荷作用下含夹杂物钢轨的应力状态进行仿真计算,通过FE-SAFE疲劳仿真软件对含多夹杂物钢轨进行疲劳寿命预测。结果表明：相比于软质塑性MnS夹杂物,硬质脆性Al₂O₃夹杂物对钢轨最大应力的影响更大;夹杂物位于钢轨的高应力区时,在外部载荷作用下,曲线段钢轨的最大应力大于直线段钢轨的最大应力;相邻夹杂物相距临界距离时,多夹杂物水平分布时比其垂向分布时对钢轨应力的影响更大,且随着相邻夹杂物距离变小,钢轨基体的最大应力变小;相邻多夹杂物会使钢轨疲劳寿命骤减,含4个相邻夹杂物的钢轨比含2个夹杂物钢轨的疲劳寿命短。     

复杂形状夹杂物对动车组车轮辋裂的影响

以CRH5型动车组轮轴为研究对象,研究了夹杂物的形态对轮辋局部应力和轮辋裂纹成核的影响。结果显示,夹杂物棱角角度越小,夹杂物周围应力水平越高;夹杂物的厚度越小,半径越大,夹杂物周围最大等效应力越大,越易引起局部应力集中,导致疲劳裂纹易于萌生。利用有限元法和曲线拟合方法得到不同工况下夹杂物的临界尺寸,研究发现:不同工况下夹杂物的临界尺寸不同,弯道工况下的临界尺寸最小,夹杂物的尺寸超过临界尺寸时,裂纹才会萌生。     

显示及鉴别钢中非金属夹杂物的新方法

钢中非金属夹杂物,严重地影响钢的质量。因此,研究钢中非金属夹杂物,对控制产品质量是很重要的。而显示鉴别钢中非金属夹杂物又是研究钢中非金属夹杂物的前提。为此我们进行了(1)用电解抛光法显示钢中非金属夹杂物;(2)用硫化物薄膜沉淀法及硝酸银溶液处理法鉴别钢中硫化物夹杂的试验。     

Ti对低合金高强钢大热输入焊缝夹杂物的影响

对不同Ti质量分数的低合金高强钢气电立焊焊缝夹杂物进行对比分析,并研究焊缝夹杂物数量、分布、类型对焊缝组织的影响。结果表明,当Ti质量分数由0增加至0.028%~0.038%范围内时,夹杂物得到有效细化,尺寸小于2μm的夹杂物比例大幅度提高,促进了针状铁素的形核。当Ti过量时,小于2μm的夹杂物比例迅速降低,贝氏体转变成为主导。夹杂物中心以氧化物为主,外层包裹物为MnS。随着Ti质量分数的增加,夹杂物中Mn、Si等元素减少,Al、Ti、O质量分数增加,夹杂物中心的氧化物以MnO、SiO2、Al2O3、MgO的次序逐渐转移至边缘,最终被TixOy取代。此过程中,夹杂物由Mn-Si-O转变为Ti-Mn-Al-O,最后转变为Ti-Al-O,并且对于针状铁素体形核而言,完成了无效夹杂物-有效夹杂物-无效夹杂物的转变。     

钢液中非金属夹杂物极限上浮速度的计算

为了计算非金属夹杂物在中间包和铸锭模等冶金容器内的上浮速度,根据夹杂物的阻力系数与雷诺数的关系,可将极限上浮速度分为斯托克斯区、过渡区和牛顿定律区等。通过分别计算在不同夹杂物密度、钢水密度、钢水粘度和夹杂物形状情况下夹杂物极限上浮速度与夹杂物当量直径的关系,为计算夹杂物的上浮距离和判断夹杂物能否去除提供理论依据。     

稀土镧对纯净钢中夹杂物及抗拉强度的影响

为了掌握稀土镧对纯净钢中夹杂物的影响,采用扫描电镜、能谱分析仪、等离子光谱分析仪等对加入稀土镧的纯净钢中夹杂物形态和尺寸及钢的抗拉强度进行了研究。结果表明:当稀土镧加入量在0~0.100%之间时,随着加入量的增加,镧的固溶量增加到0.022 6%,夹杂物中的镧含量增加到0.0200%;随着镧含量的增加,夹杂物由硅酸盐、铝酸盐转变为稀土镧的氧化物、硫氧化物,而且夹杂物形状也由不规则的形状转变为规则的球形;稀土夹杂物的尺寸都小于3μm,夹杂物中的稀土镧含量及钢的硬度、抗拉强度随着钢中稀土镧含量的增加而增加。     

堆内构件用核级奥氏体不锈钢板材非金属夹杂物分析

通过对核岛主设备堆内构件所用奥氏体不锈钢Z2CN19-10+N2板材进行内部非金属夹杂物成分、类型、组织形貌的研究,分析板材非金属夹杂物的主要来源和在板材内的分布规律,采取有效措施来避免、消除夹杂物对零部件产生的不良影响。     

高速钢裂纹产生的原因(下)

二、原材料缺陷引起的淬火裂纹这里谈的原材料缺陷是指刀具热处理前存在的一切缺陷,包括钢厂来的冶金缺陷,锻造、设计、机械加工所造成的缺陷。 1.钢中的冶金缺陷和热加工造成的缺陷非金属夹杂物、疏松等缺陷使材料不致密。波兰A·Rutkowska做了非金属夹杂物对淬火裂纹源影响的试验后指出:非金属夹杂物强烈地破坏了钢的连续性,是产生淬火裂纹的起源。另外,缩孔、气孔是应力集中的一些缺口,热处理时容易由此开裂。钢内碳化物不均匀度过高和存在尖角状碳化     

硫复合系易切削钢中夹杂物热变形行为的数值模拟

用模拟轧制的方法研究了热加工参数对Ｓ－ＲＥ系易切削钢中夹杂物形态，大小，分布，数量及相对塑性的影响，通过实验结果建立数学模型，利用计算机数据模拟夹杂物的热变形行为，为锻造或轧制过程中的夹杂物预测和控制提供一种新的参考方法。     

40Cr锻件接头连接件缺陷分析

桥梁缆索用配件40Cr锻件接头连接件在调质后发现有开裂现象,经金相分析后发现由于材料中存在非金属夹杂物,在锻造时沿夹杂物形成局部带状组织,在淬火时产生的应力作用下促使裂纹产生并沿夹杂物分布扩展,从而导致工件开裂。     

非金属夹杂物对AlSn20内燃机轴瓦疲劳磨损强度影响的研究

本文提出了在轴瓦材料熔铸过程中使用不同的精炼剂,会影响轴瓦中非金属夹杂物的含量,而非金属夹杂物的存在影响轴瓦的疲劳寿命.试验结果表明使用Zncl(?)精炼剂较之其他种类精炼剂,可使轴瓦中非金属夹杂物对轴瓦的疲劳寿命影响较小.图7表3参4     

A3钢板材在冷冲压成型过程中开裂原因的分析

本文采用金相显微镜和扫描电镜观察了A3钢制造的汽车车轮轮箍的开裂部位的夹杂物的形态、分布和大小以及断口的形貌。结果表明钢中存在有由于冶炼工艺不当而产生的大块外来非金属夹杂物。这些夹杂物的存在降低了钢的基体的结合力,从而使钢板在远低于其极限强度下开裂。     

72A硬线钢丝拉拔裂纹的形成与扩展机制

通过光学显微镜、扫描电镜和透射电镜观察，分析了72A硬线钢丝拉拔裂纹形成与扩展机制。结果表明：钢丝在拉拔过程中于表面层状非索氏体和大尺寸非金属夹杂物处形成横向裂纹源，钢丝内部游离态铁素体和夹杂物的交互作用形成裂纹扩展通道。净化钢液，消除大尺寸非金属夹杂物；优化热轧工艺，消除游离态铁素体可避免拉拔断裂。